高性能青铜带及其生产工艺研究

高性能青铜带及其生产工艺研究

茆耀东

安徽鑫科铜业有限公司安徽芜湖241006

摘要：锡磷青铜带以其本身的特点而深受用户青睐，随着技术进步，客户对锡磷青铜带产品表面质量、性能和使用寿命的要求越来越高。本产品研究采用先进的水平连铸生产工艺，熔铸阶段加入稀土元素，细化晶粒，提高铸坯质量，采用罩式炉退火和气垫炉退火工序，确保青铜带产品性能均匀性，采用脱脂清洗和拉弯矫直工序，提高产品性能和表面质量。

关键词：高性能青铜带；QSn6.5-0.1；生产工艺

导言

锡磷青铜带材具有优良的导电性能和弹性性能，多用于汽车、计算机、通讯、家用电器中的多排插针、多点连接器、接插端子、插座等。近年来，随着国内电子电器和汽车工业的发展，锡磷青铜带产品市场需求增长很快，年均增长在15%以上，由于青铜带材深加工行业技术不断进步，客户对锡磷青铜带材产品表面质量、性能要求也更为严格，普通锡磷青铜带材产品已不能满足高端客户的要求，国内高性能青铜带产品生产还不能满足市场需要，仍然需要进口。

本产品采用国际上先进的生产工艺，研制的产品属于高性能锡磷青铜带产品，是汽车、电子、建筑装潢等行业的基础材料。

1国内青铜带产品研究现状

锡磷青铜带以其本身的特点而深受用户青睐，随着技术进步，客户对锡磷青铜带产品表面质量、板形和使用寿命的要求越来越高。为满足市场需求，目前，国内生产企业大多采用水平连铸生产工艺，采用罩式炉退火以及四辊轧机进行轧制的生产方法，但是，产品表面质量和板形不能满足高端客户要求。

本产品在普通生产工艺的基础上，采用先进的生产技术，熔铸阶段加入稀土元素，提高铸坯质量，采用气垫炉退火以提高性能匀均性，同时，采用脱脂清洗和拉弯矫直工序，提高产品的性能和表面质量。

2本产品主要技术指标

查阅了日本JIS标准、弹性元件和接插件用铜及铜合金带箔材国家标准、加工铜及铜合金牌号和化学成分国家标准，结合市场要求，确定了本产品技术指标，详细内容见表1和表2。

表1化学成分指标

3产品研究技术方案

3.1产品牌号、规格、状态的确定

产品牌号确定为高性能锡磷青铜带QSn6.5-0.1；产品状态为H04；厚度为0.25-2.0毫米；宽度为6－620毫米。

3.2产品工艺路线的确定

本次研究的产品是高性能青铜带产品，属于国内同类产品中的高端、高附加值产品，生产难度大、技术含量高，需要采用先进的生产工艺和先进的生产设备。在工艺技术配置上，立足产品市场需要，从各个环节进行优化，工艺和试验设备选择上着重体现高性能带材的生产需求，将新增试验设备和现有试验生产线有机、灵活地结合在一起，确保铸坯产品质量。目前，国内外铜及铜合金铸锭的生产工艺中，熔炼多采用感应炉和燃气竖炉，铸造多采用立式半连铸、立式连铸、水平连铸、立弯连铸及双钢带式连续铸造等。本次产品研究采用“水平连铸供坯－冷轧－退火－精整”的高精带水平连铸生产工艺，发挥水平连续铸造生产工艺流程短等优点。具体工艺流程顺序：熔铸、双面铣削、均匀化退火、粗中轧、退火、精轧、表面清洗、拉弯矫直、纵剪、检查包装入库。

4产品生产工艺及分析

4.1熔铸

产品新金属和返回废料按照规定的配比配料后，由加料小车加入感应电炉熔化，经调整成分后转入保温炉内调温，然后经水平连续铸造机连续铸造、卷取，卷坯达到预定重量后中断，检查卷坯质量，合格后送入下道工序。

为了改善产品性能，从改善材料的内部晶粒大小入手，在铸坯熔炼过程中，添加适量的稀土合金，将铸坯组织全部转化成等轴晶，随着添加量的加大，晶粒尺寸不断减小。通过金相分析及机械性能测试，细化晶粒明显，改善了合金的组织性能。添加稀土后的铸坯组织和未添加稀土的铸坯组织见下图。

未添加稀土合金的铸坯组织添加稀土合金的铸坯组织

4.2铣面

在双面铣削机上同时铣削带坯的上下表面，铣削量为每面0.25～1.0mm，铣去带坯表面缺陷，卷取时可以衬纸。

4.3均匀化退火

用于消除锡磷青铜卷坯成分偏析，改善材料的组织性能，提高锡磷青铜的轧制性能，均匀化退火在钟罩式光亮退火炉中处理。

4.4粗中轧

经铣面后的水平连铸卷坯在四辊可逆粗中轧机上进行多道次的粗、中轧制，从14～15mm厚度轧至0.5～3.0mm厚度，严格控制带材的厚度精度和板形，其间需进行消除加工硬化的中间退火。

4.5退火

中间退火是为了消除带材在冷轧过程中产生的加工硬化，恢复金属塑性继续进行冷轧。带材中间退火在钟罩式退火炉内进行，并用于部分带材的成品退火。气垫式退火炉用于薄带的成品前和成品退火，以控制产品性能，其加热时间短，可减少带材氧化，机列的机械化和自动化程度高。带材单张连续经脱脂、退火、酸洗等工序处理，表面光亮平直，性能均匀、稳定。

4.6精轧

轧机具备恒体积流量控制、位置闭环、厚度监预控、张力控制等多种先进精确的厚度控制功能和板形自动控制系统；装备先进的液压AGC系统、液压弯辊系统和轧辊分段冷却系统，可保证带材的厚度精度和板形；采用全油润滑，并配有工艺润滑油过滤系统和CO2自动灭火系统；电气控制采用全数字控制系统，装机水平达到国际先进水平。

粗中轧退火后带材在精轧机上经多道次轧制到成品厚度，按照产品的性能和质量要求，严格控制带材厚度精度、板形及性能。

4.7表面清洗

对轧制或钟罩式退火炉退火后的带卷通过碱洗、酸洗、冷热水洗、烘干等多种处理形式，用以清除轧制或退火后的带材表面油污、氧化斑、残留炭、粘杂物等表面异物，保证铜带表面光洁，以利于后道工序加工，提高表面质量。该机列并可对成品带材进行表面钝化处理，延长储存期限。

4.8拉弯矫直

设备组由上料小车、套筒存储、收纸机、开卷机、自动边部控制系统、伸缩皮带台、制动张力辊、张力测量装置、多辊矫直辊装置、板形辊、放纸机、自动对中装置、皮带助卷器、液压和气动系统、电控系统等部分组成。可以实现延伸控制和张力控制模式，以达到矫平板形、降低内部残余应力的目的，更好地满足二次加工过程对带材的质量要求，经拉弯矫直后带材板型≤3I。

拉弯矫直是高性能锡磷青铜带生产中的重要工序，可消除带材内应力不匀，有效改善带材波形、翘曲、侧弯及瓢曲等板形不良缺陷。

4.9厚带纵剪机组

用于粗轧后带卷的厚带切边以及厚带产品的成品纵切。机组由置卷台、上卷车、开卷机、开头导板、直头夹送辊、液压切头剪切机、圆盘剪、碎边剪及收集装置、张力装置及切尾剪、卷取机、卸料车、液压气动系统、电控系统等组成。

4.10薄带纵剪机组

该机组用于厚度较薄且质量要求较高带材的成品剪切，机组由置卷台、上卷车、开卷机、开头导板、直头夹送辊、液压切头剪切机、圆盘剪、碎边剪及收集装置、张力装置及切尾剪、卷取机、回转式卸料装置、卸料车、液压气动系统、电控系统等组成。机组具有自动计长、涨缩卷筒的快速更换等功能。成品剪切在薄带纵剪机和成品小分条机上进行，将带材分剪成用户要求的规格，控制带材宽度公差和毛刺大小。

4.11检查包装入库

在薄带纵剪包装机列上剪切后的产品带材经在线人工检查包装后，运往成品库。

5产品测试结果

产品试制后送检测中心检测，测试结果符合相关要求，详细内容见表3和表4

表3化学成分指标

6结束语

6.1试验表明产品性能同材料内部晶粒度大小存在很大的关系，为了满足客户对产品高性能要求，本次产品研究从改善材料内部晶粒大小入手，采用添加稀土合金细化晶粒，提高锡磷青铜带性能，满足客户需要。

6.2采用先进的水平连铸生产工艺，针对产品不同加工阶段采用不同的热处理方法，采用罩式炉退火和气垫炉退火工艺，确保青铜带产品性能均匀性。

6.3本产品研制采用了脱脂清洗和拉矫生产工艺，其中采用脱脂清洗以及烘干工艺，提高了铜带表面清洁度，保证了产品质量，同时，为了达到矫平板形、降低内部残余应力，更好地满足二次加工过程对青铜带材的质量要求，采用了拉弯矫直工序，经拉弯矫直工序后带材板形≤3I，满足了客户要求。

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